新能源技术-二氧化碳脱除技术剖析
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CO2分离技术简介工艺及特点1、胺法最普遍的溶剂是胺基溶剂,许多化合物都利用它来脱除酸性气体,如一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)和二异丙醇胺(DIPA),他们活性强而不仅限于CO2脱除。
这些胺类溶剂也适合脱除其他酸性种类,如H2S。
目前主要溶剂是甲基二乙醇胺(MED A),如果其他杂质需要脱除,可以由更具活性的二胺激活。
采用MEDA的其他优点是降低了再生负荷,降低了腐蚀性和提高了抗降解性。
低的胺类蒸汽压可以使其在较高的浓度下操作,因而提高了富胺的负荷。
其他具有位阻效应的胺有二甘醇胺和二异丙醇胺。
基本的工艺是一个两级系统,先是吸收,然后是间接再生。
大多数工艺都达到相近的产品规定,但每种工艺略有不同,需要从再生能耗和溶剂受原料气杂质影响的敏感性上去判断。
以MDEA为基础的工艺具有胺类溶剂的低挥发度和可利用中间闪蒸减少再生负荷的优点。
当原料气被吸收塔里产生的流态或胶体的重烃污染时,化学溶剂吸收工艺容易产生发泡问题。
2,热钾碱法另一个主要的脱除CO2的化学溶剂是热碳酸钾,它与胺系统具有相似的工艺流程,有一个吸收塔和一个再生塔,特别适合低含或不含H2S的气体,缺点是气体不仅被加湿,而且还被加热,这可能引起相当大的热量浪费,特别是下游气体要冷却以分离NGL或LPG。
热钾碱也不是很活泼,所以,当产品要求的CO2浓度低时就需要两级吸收。
热钾碱法最适合于从高浓度的原料气中大量脱除CO2,另一个好处是吸收剂成本相对低。
3,物理吸收法物理溶剂吸收CO2没有形成新的化合物。
这种工艺通常采用甲醇作为吸收剂。
工艺特点是不会加湿原料气并且再生能耗低。
在再生段,CO2从物理溶剂中闪蒸出来,贫溶剂用泵打回吸收塔。
物理溶剂吸收法特别适合重烃含量少的贫气,这是因为乙烷在甲醇中的溶解度只是CO2在甲醇中溶解度的40%,而丙烷在甲醇中的溶解度与CO2的相近,因此需要一个循环系统以提高气体的回收率。
物理溶剂吸收法还可采用无水碳酸丙烯脂等溶剂。
二氧化碳减排技术的研究与应用一、引言随着现代工业的迅速发展和全球经济的蓬勃增长,能源消耗的增加导致了全球二氧化碳(CO2)排放的剧增。
与此同时,气候变化和环境污染问题也日益凸显。
为了应对这一挑战,研究和应用二氧化碳减排技术成为了刻不容缓的任务。
本文将探讨二氧化碳减排技术的研究和应用,旨在为该领域的进一步发展提供参考。
二、二氧化碳减排技术分类二、1 传统技术二氧化碳减排技术可以分为传统技术和新兴技术两大类。
传统技术主要包括煤炭清洁利用、火电厂排放减少和钢铁行业的碳捕集与封存。
煤炭清洁利用通过发展高效燃烧和焦化技术,减少了煤炭燃烧过程中生成的二氧化碳排放。
火电厂排放减少则通过改进燃烧设备和脱硫技术,降低二氧化碳的排放量。
钢铁行业的碳捕集与封存技术则试图在钢铁生产过程中捕集排放的二氧化碳,并进行封存或利用。
二、2 新兴技术除了传统技术外,新兴技术也为二氧化碳减排提供了更多的可能性。
其中,绿色能源技术是受到广泛关注的领域。
太阳能和风能等可再生能源的开发和利用,不仅可以减少化石燃料的使用,还可以将其转化为清洁能源,从而减少二氧化碳的排放。
此外,生物质能源、地热能和潮汐能也为减排技术的发展提供了新的方向。
三、二氧化碳减排技术的研究进展三、1 传统技术在煤炭清洁利用方面,研究人员通过提高煤炭燃烧效率和燃烧温度,减少二氧化碳的排放。
同时,利用燃烧废气中的二氧化碳进行化学吸收或物理吸附也成为一种常见的碳捕集技术。
在火电厂排放减少方面,研究人员借助先进的污染控制技术,如“超临界二氧化碳燃烧技术”和“燃烧气脱硝技术”,成功降低了二氧化碳排放。
在钢铁行业的碳捕集与封存方面,研究人员探索了多种技术,如气体分离、化学吸收和物理吸附等,以实现高效的碳捕集和封存。
三、2 新兴技术在新兴技术方面,绿色能源技术的研究和应用取得了长足的进展。
太阳能技术的快速发展使得光伏发电成为了一种可行的替代能源。
此外,风能技术也取得了巨大的突破,风力发电已成为一种广泛使用的清洁能源。
二氧化碳曝气去除法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述二氧化碳曝气去除法是一种常见的气体除污技术,通过将含有二氧化碳的气体暴露在大气中,利用气体之间的浓度差异,使二氧化碳从气体中转移到大气中,从而达到去除二氧化碳的目的。
这种方法被广泛应用于工业生产、环境保护和航天航空等领域。
本文将介绍二氧化碳曝气去除法的原理、应用和优势。
内容1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括撰写本文的目的和大纲,以及对每个部分的简要说明。
例如:本文的目的是介绍二氧化碳曝气去除法的原理、应用和优势,以及对其进行总结和展望。
文章的大纲包括引言、正文和结论三个部分。
在引言部分,将对该方法进行概述,然后介绍文章结构和目的。
正文部分将包括二氧化碳曝气去除法的原理、应用和优势的详细介绍。
结论部分将对文章的内容进行总结,并展望该方法的未来发展趋势。
1.3 目的本文旨在深入探讨二氧化碳曝气去除法,介绍其原理、应用和优势,以及对其进行总结和展望。
通过对该技术的全面介绍,旨在帮助读者了解并认识二氧化碳曝气去除法在环境保护和工业生产中的重要作用,以及未来可能的发展方向。
同时也希望能够为相关领域的研究和实践提供参考和指导。
分的内容2.正文2.1 二氧化碳曝气去除法原理二氧化碳曝气去除法是一种常用的气体去除技术,其原理是利用氧气作为曝气气体,通过与二氧化碳的气-液相接触的方式,将二氧化碳气体传递至水中并将其溶解。
在曝气处理过程中,气体和水之间的接触表面积越大,传质效率就越高。
具体来说,二氧化碳曝气去除法通过氧气的曝气排放,加速水中的二氧化碳气体与氧气的传质过程,使得二氧化碳气体逐渐溶解在水中形成碳酸盐,并最终将其排放出去。
这样一来,能够有效地降低水体中的二氧化碳浓度,改善水体的化学环境,有利于水质的改善和生态系统的恢复。
总的来说,二氧化碳曝气去除法利用氧气曝气和水中的化学反应将二氧化碳气体去除,从而达到净化水质的目的。
这种原理简单、操作方便,在实际应用中有着广泛的应用前景。
co2膜分离技术随着现代工业的发展,二氧化碳的排放量也随之不断增加。
为了减少CO2的排放,许多科学家致力于寻找有效的方法来分离CO2。
CO2膜分离技术是一种被广泛研究和应用的分离技术。
本文将对CO2膜分离技术进行详细的介绍和分析。
一、CO2膜分离技术的定义和原理CO2膜分离技术是指利用CO2在膜材料上的吸附和渗透特性来实现CO2的分离和回收的技术。
CO2会在膜材料表面吸附,并且会渗透到膜材料内部,而其他气体则不会。
因此,通过控制膜材料的温度、压力和气体组成等条件,可以实现CO2与其他气体的分离。
CO2膜分离技术的原理可以用以下图示进行说明:图1 CO2膜分离技术原理示意图二、CO2膜分离技术的材料和应用膜材料是实现CO2膜分离技术的核心。
目前,常用的膜材料主要包括聚酰胺膜(如纳滤膜和超滤膜)、聚醚膜、聚偏二氟乙烯膜等。
其中,聚酰胺膜是最为常用的膜材料之一,因为它的渗透性能很优异,在吸附和渗透过程中能够将大多数气体分离开。
CO2膜分离技术被广泛应用于各种行业,其中最为典型的就是工业燃料气的净化和回收。
在炼油、化工和煤制气等行业中,通过使用CO2膜分离技术来净化气体和回收CO2,可以有效地降低能源消耗和减少CO2的排放,并且还可以节约大量的成本。
此外,CO2膜分离技术还可以应用于天然气脱水、饮料制造等领域。
三、CO2膜分离技术的优缺点CO2膜分离技术具有以下优点:1.操作简便:CO2膜分离技术的操作非常方便,只需要控制膜材料的温度、压力和气体组成等条件即可实现CO2与其他气体的分离,不需要使用任何特殊的化学试剂和设备。
2.高分离效率:CO2膜分离技术的分离效率很高,可以达到90%以上。
3.环保节能:CO2膜分离技术可以有效地减少CO2的排放,降低环境污染和能源消耗,具有很好的环保和节能效果。
但是,CO2膜分离技术也存在以下缺点:1.材料选择有限:目前,能够实现CO2膜分离的材料比较有限,除了一些已知的材料,还需要进一步研究开发新的材料。
二氧化碳捕集与利用的技术研究随着气候变化的加剧和全球能源消耗的增长,二氧化碳排放已成为对环境的主要威胁之一。
虽然减少二氧化碳排放是减缓气候变化的关键,但捕集和利用二氧化碳也是解决该问题的一种方法。
因此,二氧化碳捕集与利用成为研究的热点之一。
一、二氧化碳捕集技术二氧化碳捕集技术是通过吸收二氧化碳并将其从燃烧排气中分离出来来减少排放。
1.化学吸收法化学吸收法是最常用的捕集二氧化碳的方法之一。
该技术是通过将燃烧排气通过一种吸收剂来吸收二氧化碳。
其中最常用的吸收剂是胺。
胺是一种强碱性氨基化合物,可以与二氧化碳反应,形成稳定的盐类二氧化碳。
通过增加吸收剂的浓度和温度,可以提高吸收二氧化碳的效率。
2.膜分离法膜分离法是将气体通过一种膜障,利用其晶粒大小不同从而将二氧化碳从其他气体中分离出来的技术。
该技术可以用于在大规模的工业环境中捕集二氧化碳,并可以与其他方法结合使用,例如旁路化学吸收或浓缩。
3.吸附吸附技术主要是通过将燃烧产生的气体通过吸附剂来捕集二氧化碳。
该剂可以具有高度选择性,可以去除少量的二氧化碳,而不影响其他气体。
一些常用的吸附剂包括活性炭和硅胶。
二、二氧化碳利用技术除了捕集二氧化碳,另一种处理方法是将其转化为有用的化合物。
在一些地方,二氧化碳被用于制造天然气、木材、饲料以及其他符合人们需求的材料。
1.合成燃料通过使用太阳能,将二氧化碳转化为合成燃料,是一种实现低二氧化碳排放的方法。
通过光催化反应可将二氧化碳和水利用太阳能转化为可燃的燃料,如甲烷、甲醇和烯烃等。
2.制造化学品二氧化碳也可以被用于制造化学品,例如乙烯和甲醇,这些都是有用的化学品。
其中吸收分离和蒸汽重整相结合的技术是目前最常用的二氧化碳转化技术之一。
3.做建材二氧化碳还可以将其转化为建筑材料。
目前二氧化碳混凝土是一种已经发展起来的建筑材料,它具有优良的耐火性和良好的陶土保温性能,可以代替传统的混凝土用于块状建筑。
4.做肥料二氧化碳也可以被用于生产肥料,可利用微生物诱导转化二氧化碳制成化肥。
二氧化碳减排技术的原理及应用近年来,全球变暖、气候变化等环境问题日益严峻,各国政府和企业均加紧推动二氧化碳减排技术的研究和应用。
二氧化碳是温室气体之一,大量排放会加剧全球变暖和气候变化,因此减少二氧化碳排放已成为全球共识。
本文将探讨二氧化碳减排技术的原理及应用。
一、原理二氧化碳的排放与能源消耗密切相关。
传统燃煤发电等能源消耗,都会产生大量二氧化碳。
而二氧化碳减排技术的目的就是尽可能减少这种排放。
具体来讲,二氧化碳减排技术可以分为以下几种类型:1.碳捕集碳捕集技术通过利用化学和物理方法从烟气或工业排放物中分离二氧化碳,并将其存储或压缩,避免其进入大气中。
常用碳捕集方法包括化学吸收法、物理吸附法和膜分离法等。
其中,化学吸附法是最常用的一种方法,该方法通过吸收剂使烟气或排放物中的二氧化碳与其反应产生化合物,再通过热裂解使吸收剂回收和分离出二氧化碳。
而电场吸收法、离子液体吸收法、超临界流体萃取法等新型碳捕集技术正逐步应用于工业生产。
2.碳氧化碳氧化技术是将工业废气中的二氧化碳实现转化,使其不再对环境造成负面影响。
碳氧化通常以催化剂为主,使氧气和废气中的二氧化碳及其他气体发生化学反应,产生二氧化碳等物质。
3.生物技术生物技术指的是利用微生物或植物对二氧化碳进行吸收和转化。
微生物如大肠杆菌、乳酸杆菌等,可以利用二氧化碳和水合成有机物质,而光合作用是植物利用二氧化碳的方式之一。
二、应用1.炭捕集技术在积极推广2018年,中国国家能源局批准了首批27个炭捕集示范项目,分别位于煤电、钢铁、化工、石油化工等八个工业领域,总投资超过110亿元。
炭捕集技术在未来能源转型中发挥着至关重要的作用。
同时,炭捕集技术与碳交易、碳减排补偿等,也将成为企业遵从环保法规的重要手段。
2.碳氧化技术已广泛应用于石油化工行业除了煤电产业,十分发达的石油化工行业同样存在二氧化碳排放量较高的问题。
因此,碳氧化技术也被广泛应用于该行业。
例如,在燃料合成、氢气制备等领域中,碳氧化技术即被用作二氧化碳的还原方法,不仅实现了二氧化碳减排,同时也实现了高效能源的利用。
第52卷第3期 辽 宁 化 工 Vol.52,No. 3 2023年3月 Liaoning Chemical Industry March,2023天然气脱除二氧化碳技术的研究韩伟刚(西安石油大学 石油工程学院,陕西 西安 710065)摘 要:天然气是一种低碳、高效清洁能源,但其所含的二氧化碳会严重影响天然气燃烧热值,同时会对管线设备产生腐蚀。
分析了含二氧化碳天然气的危害,阐述了目前天然气产品的各种脱除二氧化碳技术,并对其发展前景做了展望。
关 键 词:天然气;脱二氧化碳;清洁能源中图分类号:TQ028 文献标识码: A 文章编号: 1004-0935(2023)03-0420-04二氧化碳是存在于天然气产品中的一种主要杂质气体,天然气所含的二氧化碳会严重影响天然气燃烧热值,二氧化碳遇水形成碳酸会对管线设备产生腐蚀。
我国是能源大国和二氧化碳排放大国,为了早日实现低碳、高效清洁能源,生产低二氧化碳或超低二氧化碳天然气产品尤为重要。
目前,科学广泛使用的脱碳技术主要有物理方法、物理和化学联合方法两类。
1 物理方法1.1 醇胺溶液吸收工艺醇胺溶液吸收法是以甲基二乙醇胺为溶质的溶液,根据工艺情况不同加入相当数量添加剂更好改善甲基二乙醇胺溶剂的除二氧化碳性能。
这样可以降低投资、减小耗电、减小耗热。
天然气在甲基二乙醇胺溶液中的溶解度比在纯水中的小,所以用甲基二乙醇溶液去除二氧化碳对天然气消耗少。
甲基二乙醇胺溶液有着良好的稳定性,因此几乎没有对于设备的腐蚀性。
醇胺溶液去除二氧化碳不会污染损耗,因此多应用在天然气净化生产中。
在国内长庆气田、重庆净化厂长寿分厂、大港油田潜山净化厂都使用了该技术进行然气脱碳将天然气中的二氧化碳大幅度去除,取得了明显的经济效益。
工作流程是温度为30 ℃的醇胺溶液将天然气中的二氧化碳吸收,接着再将醇胺溶液加热放出吸收的二氧化碳,则放出后的醇胺溶液和原溶液一样可以再次使用。
此工艺可以使天然气中的硫化氢一起脱除[1]。
二氧化碳减排技术研究与应用近年来,全球气候变化日趋严峻,环保与可持续发展成为全球共同关注的问题,其中二氧化碳减排是最核心的议题。
随着科技的不断进步,二氧化碳减排技术也在不断突破,如何实现低碳经济、降低全球温室气体排放,成为了全球最大的挑战之一。
本文将围绕二氧化碳减排技术的研究与应用展开探讨。
一、二氧化碳减排技术的分类首先,我们需要了解二氧化碳减排技术的分类。
总体上可以分为以下四类:1.直接减排技术直接减排技术是将产生二氧化碳的过程中,在源头处进行减排。
例如,采用新技术的高效燃煤发电、减少交通拥堵等。
2.碳捕集技术碳捕集技术是将二氧化碳从空气中吸收并收集到一个地方。
例如,借助植物的光合作用、人工植物吸附技术等。
3.碳存储技术碳存储技术是将根据需要从二氧化碳吸附过程中收集的二氧化碳封存在地下或其他储存设施中,避免二氧化碳排放到大气中。
4.碳交易技术碳交易技术是指通过购买和销售二氧化碳抵消花费。
企业通过自身减排,能够获得可再生能源的放大效应。
二、常用二氧化碳减排技术的应用接下来,我们将着重介绍下常用的二氧化碳减排技术以及它们在各个领域的应用。
1.新能源汽车在交通领域中,新能源汽车是减少二氧化碳排放的主要手段之一。
新能源汽车使用电能驱动,电动技术已经发展到可持续驱动长途旅行的程度。
电动汽车运行的整个过程中,没有任何的尾气排放,可以显著减少城区污染物和温室气体的排放。
2.风力发电风力发电则是在新能源领域中发挥主要作用的一种技术。
风力发电利用风力驱动叶轮转动,进而带动电机输出电能。
风力发电是现代社会最具代表性的二氧化碳减排技术之一。
尤其是在北欧等风能资源丰富的国家,风力发电已经具有很高的普及率和应用价值。
3.太阳能发电太阳能光伏发电则是另外一项在新能源领域中应用得最广泛的技术,在不断发展和改进的同时,也积极致力于降低其成本。
光伏发电是一种新型的绿色、环保的清洁能源,其有无污染、取之不尽、用之不竭的特点,极大地满足了现代社会对低碳经济和生态保护的需求。
变压吸附法脱除二氧化碳的研究随着科技的发展,二氧化碳排放量不断增加,已成为当今时代极其突出的环境问题之一。
其中,石油和煤炭燃烧活动每年释放数以十亿吨计的二氧化碳,而汽车尾气排放等活动也释放了大量二氧化碳。
因此,脱除二氧化碳对减少温室气体排放量和改善环境空气质量至关重要。
以变压吸附法脱除二氧化碳是解决二氧化碳排放问题的一种有效方法,因此,研究变压吸附法脱除二氧化碳的技术及其应用具有重要的意义。
变压吸附法是一种通过利用吸附剂对气体进行分离的方法,其主要包括吸附和脱除两个过程。
在吸附过程中,气体首先进入吸附器,在其中经过吸附剂的吸附作用和温度的影响,二氧化碳被吸附在吸附剂的表面上。
在脱除过程中,当变压吸附器的压力降低时,从吸附剂中吸附的二氧化碳被释放出来,从而实现对二氧化碳的脱除。
变压吸附法脱除二氧化碳有许多优点,其中最重要的是效率高。
变压吸附器的技术先进,具有良好的温度控制和压力可控性,使其能够有效地脱除二氧化碳。
另外,变压吸附法也具有良好的经济性,通常情况下,较低的操作成本可以实现更高的二氧化碳脱除效果。
目前,变压吸附法已被广泛应用于工业气体的净化技术中,以脱除各种气态污染物,包括二氧化碳。
在燃料电池、机动汽车、制冷设备等领域中,变压吸附法也发挥着重要作用。
在未来,变压吸附法将在电力工业、能源发电、天然气净化、化工行业中发挥更大的作用,从而有效地减少二氧化碳的排放量。
从上述叙述中可以看出,变压吸附法是一种有效的脱除二氧化碳的方法,它具有效率高、经济性好等优点,可在工业气体净化、燃料电池、机动汽车、制冷设备等领域中发挥重要作用,因此,无论是从环境保护的角度还是从可持续发展的角度,都极其重要。
然而,变压吸附法脱除二氧化碳仍存在着一定的不足。
首先,吸附剂的成本较高,这限制了其在大规模作业中的使用;其次,由于变压吸附法的工艺复杂,设备操作和维护费用较大,因此可能影响其效率和经济性。
为了克服变压吸附法脱除二氧化碳中存在的不足,需要进行大量的研究和探索。
前言 二氧化碳这种气体对于人类而言并不陌生,空气中含有二氧化碳,人和动物呼吸呼出的气体主要是二氧化碳,植物光合作用吸收二氧化碳,大自然中的二氧化碳本来是一种符合生态平衡的循环。然而在近几十年中,日益严重的环境问题,尤其是全球气温变暖,使得人们不断地将视线投向二氧化碳问题。
一、二氧化碳问题与对策分析 1. 二氧化碳 碳循环是碳通过大气圈,生物圈,土壤圈,岩石圈和水圈的变化和传递的总过程,它是任何生物赖以生存的基础。 碳在生物圈的存在形式主要为有机碳,而碳在大气圈中的主要存在形式为二氧化碳和甲烷气体。现在大气中的二氧化碳的浓度为0.000370%。而近年来,人类每年排入大气的二氧化碳为280*10^8t,是植被和土壤呼吸及海表交换排入大气的CO2平均自然流通量(总量约为5500*10^8t)的5%。大气中CO2总量的变化由排放和吸收量之间的净平均差额决定,而不是各流量本身。有数据表明:在过去的42万年中,二氧化碳的含量在过去的250年增长了31%,其中最近几十年更是如图1所示,成指数形式在增长。
图1 而对于CO2含量的攀升,化石燃料的使用占据了总排量的70%~90%。在实际生产生活中,石油化工,煤化正、天然气化工、电厂、钢铁厂、汽车所使用的燃料几乎都是化石燃料,而在燃烧过程中,化石燃料中的碳将转变为二氧化碳并进入大气,使大气中二氧化碳浓度增大。据估,它们排出的二氧化碳将从2002年的236亿吨增加到2030年的380亿吨,28年间将净增150亿吨,这也是目前环境问题的焦点所在。
2. 二氧化碳问题---温室效应 由于全球对化石燃料的依赖,工业和人们生活中产生的废气排放量日增加,主要温室气体二氧化碳在工业化开始后的150年内,浓度已经由280ppm上升到379ppm,使得过去一个世纪内地表平均温度上升了约0.6℃。温室气体减排问题的研究已经成为能源政策与环境管理中的热点之一。 化石燃料在燃烧会产生CO2 和H2O,其中CO2 可溶解在雨水、江河、湖泊和海洋里,也可以被植物吸收进行光合作用等。当产生和消耗的CO2量之间达到平衡时,大气层中的CO2 浓度会保持一定的范围内。事实上,大气在使太阳短波辐射到达地面的同时也在吸收地表向外放出的长波热辐射线,这样就使地表与低层大气温度增高,而当CO2含量过高时,地球热量的散失被不断阻止,因而使得温度攀升。这一现象被称为温室效应。 在现实世界中没有温室效应是不现实的,如果没有温室效应,地球就会冷得不适合人类居住,据估计,此时的地球表面平均温度会是−18℃。正是有了温室效应,使地球平均温度维持在15℃,才使得人类得以生存。然而,人类生产生活方式的改变使大气中温室气体含量增加,由于燃烧化石燃料及其他方式产生了过量的二氧化碳,将红外线辐射吸收并留住了能量,导致全球表面温度升高,加剧温室效应,造成全球暖化。 目前,公认的二氧化碳所引起的全球变暖对人类生活环境的几大影响主要包括: 一、冰川融化,海平面上升 预计至2030年,海平面将上升20厘米,到本世纪末海平面将上升65厘米。海平面的这一变化将会给沿海地区带来巨大影响和灾难----沿海地区被淹没;海滩和海岸将遭侵蚀;地下水位升高,导致土壤盐渍化;海水倒灌与洪水加剧;破坏供水系统。 二、农业生产遭受重创 CO2对农业的影响主要表现在两个方面:1.二氧化碳含量增加对植物光合作用的影响;2.气候变暖给植物带来的影响。事实上,二氧化碳是植物进行光合作用的基本原料,当二氧化碳增多,可在一定程度上提高植物的生产能力。但是,气候变暖可以引发一系列环境和气候问题,如害虫繁殖、干旱加剧等,它们可以从根本上恶化农作物的生长环境从而构成严重危害,这对农业产生不利影响。 三、人类健康将受到严重威胁 极端高温对人类健康的困扰主要体现为发病率和死亡率增加,尤其是疟疾、淋巴腺丝虫病、血吸虫病、钩虫病、霍乱、脑膜炎、黑热病、登革热等传染病将危及热带地区和国家,同时某些目前主要发生在热带地区的疾病可能随着气候变暖向中纬度地区传播,大规模传染性疾病将变得常见。 可以预见,如果人类不能采取有效的行动来遏制这一变化趋势,那么亚马逊雨林将会消失、两极海洋的冰块将全部融化、所有生物包括人类自身也会遭遇灭顶之灾。
3. 解决方案 面对日益恶化的生存环境,温室效应已经引起了广泛关注。1992年6月3日143个国家在巴西签署了《联合国气候变化框架公约》,1997年在日本东京通过了《京都协定书》。这些文本旨在限制工业二氧化碳及其他温室气体的排放量,从而遏制全球气候变暖及温室效应。它要求所有发达国家2010年所排放的二氧化碳等6种温室气体的数量要比1990年减少5.2%,而对发展中国家则没有减排义务。但在2009年12月召开的哥本哈根世界气候大会及2012年11月的多哈世界气候大会上,太多建设性法案和措施没有达成。 此时,地区内部自身的改善也许将能产生意想不到的好处,各大国可以颁布相应法案,推广新型技术,将本国内部的二氧化碳排放量降低,为更好的国际合作打下基础。国际上,目前流行的CO2减排主要有五种方案: 1.优化能源结构,开发核能、风能和太阳能等可再生能源和新能源。 2.提高植被面积,消除乱砍滥伐,保护生态环境。 3.在化石燃料的使用中进行CO2脱除及再利用。 4.开发生物质能源,大力发展低碳或无碳燃料。 5.提高能源利用效率和节能,包括开发清洁燃烧技术和燃烧设备等。 从长远来看,发展核能、风能、太阳能等清洁能源从而减少CO2排放无疑是最理想的减排途径。然而能源的发展不可能一蹴而就,而风能、太阳能等可再生能源整体上还都处于发展的初级阶段,其自身的局限性及成本问题注定了现阶段无法大规模使用,同时也无法满足经济快速增长的需求,因而,面对快速增长的CO2排放量来说,其减排贡献也是杯水车薪。 在中国国内,CO2的主要工业生产部门有电力、水泥和钢铁等企业,我国这些行业的能源利用效率都较低。据统计,我国绝大部分工业炉窑的热效率都不到50%,常规火电厂的发电效率仅为32.2%,所以CO2脱除及再利用技术将是现行最有效率的减排方法,其强大的潜力将可以大幅度降低化石能源使用所导致的二氧化碳排放,而在现阶段,相类似的系统已经投入使用,并在一定程度上实现了部分减排。
二、二氧化碳脱除技术分析 鉴于CO2脱除技术在实际工业中的应用将能有效缓解全球变暖,大幅减少二氧化碳排放,因而我们将从原理、技术与CO2处理等几个方面来进行介绍。
㈠.物理法 根据二氧化碳与其他气体的物理性质不同,将其分离出来的方法被称为物理法。物理法具体可以分为以下几种。 1、低温液化蒸馏法 二氧化碳是一种比较容易液化的气体,在1.6MPa下,零下30℃就可以使二氧化碳液化。低温液化蒸馏法的技术原理是根据二氧化碳与其他气体的沸点不同,通过蒸馏将二氧化碳分离出来。其工艺过程是将混合气体干燥后通入冷却塔液化,然后保持温度在二氧化碳沸点以下,逐渐升高温度进行蒸馏,二氧化碳保持液态,而其他气体气化从而与液态的二氧化碳分离。 2、物理溶剂吸收法 物理溶剂吸收法的技术原理是根据二氧化碳与其他气体在溶剂里的溶解度不同,将二氧化碳溶解在溶剂里,从而去除混合气体里面的二氧化碳。其工艺流程是将混合气体通入到二氧化碳的优良溶剂中,二氧化碳被溶剂吸收,其他气体由于不溶于该种溶剂从而与二氧化碳分离。常用的溶剂有水、甲醇、碳酸丙烯酯等。水洗法应用最早,流程简单、运行可靠、溶剂水廉价易得,但其设备庞大、电耗高、产品纯度低,一般不采用。低温甲醇法应用较早,具有流程简单、运行可靠外,能耗比水洗法低,产品纯度较高,但是为获得吸收操作所需低温需设置制冷系统,设备材料需用低温钢材,因此装置投资较高。现在广泛应用的是碳酸丙烯酯法。 碳酸丙烯酯对二氧化碳具有很大的溶解力,而N2、H2S、CO等气体在其中的溶解度却极低。除此之外,该溶剂还具有溶解热低、粘度低、蒸汽压极低等特点。且在通常的操作压力下,具有良好的化学稳定性,无毒害。因此对碳钢及其他大多数结构材料无腐蚀作用。碳酸丙烯酯的吸水性较强,溶剂中的含水量对二氧化碳的吸收能力有一定影响。但在实际生产上,很容易维持系统的水平衡,不需对溶液进行特殊处理。其工艺流程简单,投资省,操作容易。其工艺流程图如下图。
3、膜分离法 膜分离法的技术原理是利用各种气体在薄膜材料中的渗透率不同来实现分离,二氧化碳气体与膜之间产生一种物理或化学作用使得二氧化碳可以通过该种膜材料,而其他气体则无法透过。从而使二氧化碳与其他气体分离。根据膜的组成,用于分离二氧化碳的膜可以分为有机膜和无机膜。有机膜分离系数高,但是气体的透过量小,工作温度为30~60℃,有较大的局限性。膜分离法还可以进一步分为分离膜技术和吸收膜技术(其原理如下图)。膜分离法在应用中应注意对膜材料的保护,防止高温的混合气体或有毒的气体对膜材料产生不可逆的损害。
图1 膜分离技术原理示意图 4、吸附法 吸附技术的原理是利用一类特殊材料对二氧化碳的可逆性吸收的特性,将二氧化碳从混合气体中分离出来。吸附法又分为变温吸附法和变压吸附法,变压吸附法就是利用吸附剂对气体中各组分的吸附量随着压力变化而呈现差异的特性,由选择吸附和解吸两个过程组成的交替切换循环工艺。此工艺自动化程度较高,生产稳定,能耗低,无污染、工艺流程简单等优点,但是对设备要求较高,投资较大,吸附剂用量较大。变温吸附法主要是利用吸附剂在不同温度下对某一 气体吸附量的差异进行化工生产的。此工艺可以通过压缩、冷凝、提纯的工艺获得液体 CO2产品,具有较好的分离效果。 目前常用的吸附剂有天然沸石、分子筛、活性氧化铝、硅胶和活性炭等。
㈡化学法 根据二氧化碳的化学性质,通过一系列化学反应将二氧化碳分离出来的方法被称为化学法。 1、有机胺吸收法 对二氧化碳的吸收法中,具有重要地位的是有机胺脱碳法。有机胺脱碳法包括一乙醇胺法(MEA)、二乙醇胺法、活化MDEA、烯胺法等四种方法。下面以一乙醇胺法为例进行说明。一乙醇胺水溶液在低温下与酸性气体二氧化碳反应,生成的盐一经加热容易分解,吸收过程通常在27℃~60℃温度范围内进行,将溶液加热到100℃~138℃时溶液里的二氧化碳气体分离出去,溶液冷却后可以循环使用。 其工艺流程图如下图。